Prohlášení. Drtina Marek. V Praze Osobní výtah 640kg 1

ČVUT v Praze

Ústav konstruování

Fakulta strojní

a částí strojů

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci s názvem: „Návrh osobního výtahu s nosností 640 kg se stavebnicovou šachtou“ vypracoval samostatně pod vedením Ing. Zdeňka Češpíra, Ph.D. s použitím literatury, uvedené na konci mé bakalářské práce v seznamu použité literatury.

V Praze 30. 06. 2015

……………………………………

Drtina Marek Osobní výtah 640kg

1

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Poděkování

Touto cestou bych moc rád poděkoval svému vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Zdeňku Češpírovi, Ph.D, za poskytnutí cenných rad a odborné pomoci. Velké poděkování patří také mé rodině za podporu při studiu na vysoké škole.

Osobní výtah 640kg

2

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Anotační list Jméno autora:

Marek Drtina

Název BP:

Návrh osobního výtahu nosnosti 640 kg se stavebnicovou šachtou

Anglický název:

Draft passenger lift capacity 640 kg with a modular bay

Rok:

2015

Studijní program:

B2341 Strojírenství

Obor studia:

39001R051 Konstruování podporované počítačem

Ústav:

Ústav konstruování a částí strojů

Vedoucí BP:

Ing. Zdeněk Češpíro, Ph.D.

Konzultant:

XXX

Bibliografické údaje:

počet stran

37

počet obrázků

34

počet tabulek

4

počet příloh

3

Klíčová slova:

Výtah, stavebnicová šachta, koncepce, návrh

Keywords:

Elevator, modular bay, conception, design

Anotace:

Tato Bakalářská práce se zabývá návrhem a výpočtem osobního výtahu pro přepravu osob.

Česky Abstract:

This Bachelor thesis describes the design and calculation of personalelevator for transporting people.

Anglicky


3

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Obsah 1

2

Úvod ................................................................................................................................................ 5 1.1

Charakteristika a vývoj výtahů ................................................................................................. 5

1.2

Historie .................................................................................................................................... 5

1.3

Výtahy v současné době ......................................................................................................... 7

1.4

Rozdělení výtahů ..................................................................................................................... 8

1.5

Hlavní části výtahů .................................................................................................................. 9

1.5.1

Nosné orgány .................................................................................................................. 9

1.5.2

Výtahový stroj ................................................................................................................ 10

1.5.3

Klec výtahu .................................................................................................................... 10

1.5.4

Vyvažovací závaží ......................................................................................................... 11

1.5.5

Výtahová šachta ............................................................................................................ 11

1.5.6

Zachycovače ................................................................................................................. 12

1.5.7

Vodítka klece ................................................................................................................. 12

1.5.8

Ostatní bezpečnostní prvky ........................................................................................... 13

1.5.9

Dnešní nejznámější výrobci výtahů ............................................................................... 13

Vlastní koncepční návrh ................................................................................................................ 16 2.1

Hlavní údaje ........................................................................................................................... 16

2.2

Volba a výpočet závěsných kabelů ....................................................................................... 16

2.3

Lanový systém a nosná lana trakčního pohonu .................................................................... 18

2.3.1

Bezpečnost nosných lan................................................................................................ 20

2.3.2

Kontrola trakčního kotouče a průměru lana .................................................................. 21

2.3.3

Silové poměry na hnacím kotouči ................................................................................. 21

2.4 2.4.1

Návrh elektromotoru ...................................................................................................... 25

2.4.2

Měrný tlak v drážce trakčního kotouče .......................................................................... 26

2.5

Návrh výtahové klece a kabiny .............................................................................................. 27

2.5.1

Výtahová klec ................................................................................................................ 27

2.5.2

Výtahová kabina ............................................................................................................ 29

2.6 3

Výtahový stroj a parametry pohonu ....................................................................................... 23

Výtahová šachta .................................................................................................................... 30

Závěr ............................................................................................................................................. 31

Seznam použité literatury a zdrojů…………………………………………………………………………..32 Seznam použitých symbolů a zkratek……………………………………………………………………….34 Seznam přílhoh………………………………………………………………………………………………...36


4

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

1 Úvod 1.1 Charakteristika a vývoj výtahů Výtah je strojní zařízení, určené k vertikální přepravě osob, břemen, či jiných nákladů. Přeprava probíhá mezi dvěma, nebo více místy. Dopravované osoby, či předměty se nacházejí na plošině, která je obklopena kabinou, nebo klecí. Klec unášíme pevnými vodítky, jenž jsou ukotvena v zástavbě výtahu. Tyto vodítka umožňují jediný pohyb klece – přímočarý posuv nahoru a dolů. Klec je zavěšena na jednom, nebo více nosných orgánech, které jsou spojeny s poháněcím zdvihacím ústrojím tzv. výtahovým strojem. Jízda výtahem bývá většinou přerušovaná, a tudíž se předpokládá, že nástup a výstup osob, náklad a výklad břemen probíhá při zastavené kabině. Existuje i typ výtahu s nepřetržitou pracovní dobou – osobní oběžné výtahy, nazývané taky páternostery, u nichž nástup i výstup osob probíhá za provozu. [1] Mezi výtahy patří i pohyblivé „jezdící schody“ zvané eskalátory a pohyblivé horizontální chodníky pro přepravu osob v budovách, stanicích městské hromadné dopravy, letištích, sportovních zařízení a obchodních centrech apod. Z ekonomického hlediska bývá často použita kombinace těchto výtahů a eskalátorů. Hlavním důvodem vzniku výtahů byla mechanizace vertikálních zdvihů, nejprve nákladů, později i osob. [1]

1.2 Historie Nejstarší výtah v dějinách byl zkonstruován roku 236 př.n.l. známým řeckým matematikem a fyzikem Archimedem. Klec zavěsil na konopné lano a vrátek poháněl ručně. Ve starověkém Římě se nacházely podobné výtahy a to v paláci římského císaře Nera. O dlouho později byl postaven i výtah pro papeže ve Vatikáně. Pohon těchto výtahů fungoval pomocí šlapacího kola, které uváděl do pohybu člověk. Přelomem 17. a 18. stoletím byl sestaven, královským konstruktérem Valayeraem, první výtah s účinkem protizávaží. Výtah se nacházel ve dvoře Ludvíka Osobní výtah 640kg

5

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

XIV. Tyto výtahy však sloužily spíše jen k podtržení královských mocností, zdaleka ne k přepravě jiných osob, či břemen. [1] Společensko- hospodářské poměry byly pro rozvoj výtahů velice nepřiznivé, nedostávalo se technickým pokrokům především pak pro pohonné části a motory. V první polovině 19. století příchází vývoj moderního pojetí výtahu. pohaněných parním strojem. Výtahy vybaveny plošinou vedenou vodítky a brzdným bezpečnostním zařízením podobným dnešnímu provedení, se však objevily až okolo roku 1853. Tento typ výtahu byl vybaven podle Elishy Gravese Otise, primitivním zachycovacím ústrojím. Ústrojí bylo tvořeno dvěma odpruženýma západkama, které při porušení nosného konopného vlákna zapadly do korespondujících výřezů v hřebenech, bylo připevněno k vodítkům po celé délce zdvihu. [1] V New Yorku v r. 1857, v obchodním domě byl E. V. Haughwout Co. byl instalován první osobní výtah se zachycovacím ústrojím. Tento výtah obsluhoval pět podlaží s neuvěřitelnou rychlostí až 0,2 𝑚. 𝑠 −1 . Díky pokroku ve vývojí parního stroje za použití ocelových lan a hlavně požadavku na řešení vertikální dopravy v budovách s větším počtem podlaží, se dosáhlo dalšího rozšíření. V tomto období byl pohon výhradně bubnový a hydraulický (pracovním médiem se stávala voda). Hydraulické výtahy byly koncipovány především pro větší zdvihy a rychlosti, oproti výtahům bubnovým. V roce 1867 francouzský vynálezce Léon Edoux, na pařížské světové výstavě, představil hydraulický výtah s přímým pohonem s možností regulace rychlosti a možností zastavit v jakémkoliv místě mezi koncovými polohami klece s kabinou. Rok poté si Anton Freissler ve Vídní nechal patentovat nepřímo poháněný hydraulický výtah. Hlavní roli zde hrál lanový převod, jehož pomocí píst hydraulického válce působil na kabinu. [1] Zásadní změnu do vývoje výtahu vnesl vynález elektrického pohonu. Roku 1880 Werner Von Siemens přichází na průmyslovou výstavu v Mannheimu s prvním výtahem poháněným elektrickým motorem. [1] Dalším významným mezníkem roku 1890 je bezpochyby kolejový výtah s trakčním (třecím) pohonem, navrhnutý A. Freisslerem. Výtah dopravoval osoby na vrchol hory Mochsberg u Salzburgu. Tento pohon byl v USA použit teprve v roce 1900. A od té doby zaznamenává výtahová technika největší rozmach ve Spojených státech, kde Osobní výtah 640kg

6

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

je vysoká potřeba řešit vertikální dopravu především výškových budov. Díky požadovaným vysokým zdvihůh upadá hydraulický a i dokonce bubnový pohon. [1] Po II. Světové válce přichází období charakterizováno třemi základními typy výtahů: 1. Třecí (trakční) s elektrickým pohonem (asynchronním motorem) s mechanickou převodovou skříní 2. Třecí (trakční) rychlovýtah s elektrickým pohonem, bezpřevodovým výtahovým strojem a pomaloběžným stejnosměrným motorem. 3. Hydraulický výtah s přímým, nebo nepřímým pohonem. Nutno dodat informaci o vývoji výtahů u nás. Prvním výtahem vyrobeným roku 1876 firmou Breitfeld – Daněk, byl nákladní výtah s transmisním pohonem. Tato firma stála u zrodu tehdejšího ČKD. Pražská firma Prokopec pro změnu vyráběla řadu zařízení pro hydraulické výtahy. Prvním elektrickým výtahem, s jednoduchým tlačítkovým řízením se pochlubil hotel Modrá hvězda, vyrobeným milánskou firmou A. Stiegler. Dále se výrobou výtahů zabývala řada firem, mezi které patřily především ČKD a Praga. [1]

1.3 Výtahy v současné době Do současné doby byl kladen velký důraz na neustálé zlepšování dosavadních konstrukcí, technických a provozních vlastností tak, že dnešní podoba je takřka vrcholná. Zrychlovat jízdu kabiny už nebude možno, neboť vzdálenosti mezi jednotlivými stanovišti nejsou veliké, tudíž by se muselo navýšit i zrychlení (zpomalení). Dnešní hodnoty se pohybují někde mezi 1,2 až 1,5 m/s2 a to u výtahů s nejrychlejší možnou dopravní rychlostí. Rychlejší jízda by už nemusela pro cestující být přípustná z hlediska pocitů při přechodových stavech. Vyjímkou jsou dlouhé zdvihy např. u nákladních výtahů, kde je doprava osob nepřípustná. [1] Cesta

dnešními

osobními

výtahy

je

díky

valivému

vedení

kabiny

v opracovaných vodítkách čistá a hladká natolik, že cestující jízdu téměř nevnímá. Otevírání/zavírání kabinových a šachetních dvěří je kvůli bezpečnosti dnes také velmi bezpečné. [1,2] Osobní výtah 640kg

7

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

V oblasti řízení a automatizace prochází mikroelektronika velkým pokrokem, ovládání bývá intuitivní a ergonomické, aby se co nejvíce přiblížilo potřebám člověka. Řízení probíhá za pomoci mirkoprocesorů, které umožňují měnit uživatelské parametry v reálném čase, důvodem toho se zvyšuje plynulost a efektivita svislé dopravy. [1,2]

1.4 Rozdělení výtahů Výtahy rozdělujeme do tří základních skupin podle druhu zvoleného pohonu: 1. Výtahy s elektrickým pohonem 2. Výtahy s hydraulickým pohonem 3. Výtahy s pneumatickým pohonem (velmi zřídka) [1]

Další rozdělení se vztahuje pouze na výtahy s elektrickým pohonem do těchto tříd: -

-

I. Třída – Výtahy osobní a nákladní s doprovodem osob 

Samoobslužné



S řidičem

II. Třída – Výtahy nákladní se zakázanou přepravou osob 

Se zakázaným vstupem osob do klece (náklad břemene)



S povoleným vstupem

-

III. Třída – Menší nákladní výtahy s maximální nosností 100kg

-

IV. Třída – Stolové výtahy (chodníkové) 

S řidičem



Se zakázanou přepravou osob

-

V. Třída - Oběžné osobní výtahy (paternostery)

-

VI. Třída – Výsypné výtahy (skipové) [1] V této bakalářské práci se uvažuje výtah I. Třídy – Osobní elektrický lanový

výtah, samoobslužný.


8

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

1.5 Hlavní části výtahů Základní části výtahu jsou zobrazeny v obr. 1.1

(Obr. 1.1.: Trakční, lanový výtah [3])

1.5.1 Nosné orgány Slouží ke spojení rámu klece výtahu a výtahového stroje. Musí být natolik pevné aby udržely klec i protizávaží. Mezi tyto prvky patří ocelová lana, kloubové řetězy, nosné pásy atd. [1] Pro výtahy jsou stále nejčastější variantou ocelová lana, avšak lana šestipramenná, vyrobená ze svazku speciálních drátků kruhového pruřezu s jmenovitou pevností


9

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

1300, 1600 a 1800 Mpa. Mezi nejpoužívanější patří konstrukce lana STANDART 114 nebo 222 drátků, popř. konstrukce SEAL 114, 162, 222 nebo 330 drátků [1]

(Obr 1.2.: Šestipramenné lano vlevo SEAL, vpravo STANDART [1])

1.5.2 Výtahový stroj Výtahový stroj zajišťuje zdvih výtahu a je umístěn ve strojovně. Skládá se z více prvků: Mechanického převodového ústrojí, elektromotoru, rámu, stavěcí brzdy, různých spojek, čepů, hřídelů a ložišek. [1]

(obr. 1.3.: Bez převodový výtahový stroj [3])

1.5.3 Klec výtahu Jednou z hlavních nosných částí výtahu je klec, ve které se přepravují osoby, či náklad. Sestává se z ocelové kostry do které je zasazena kabina (celokovová, Osobní výtah 640kg

10

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

dřevěná, popř. z jiného materiálu). Ke kostře jsou připojeny závěsy nosných orgánů, různé vodící čelisti, jenž slouží ke správnému vedení klece ve vodítcích, pohony, zavěšení kabinových dveří a zachycovače. [1]

(obr. 1.4.: Výtahové klece, pohled dovnitř kabiny [4])

1.5.4 Vyvažovací závaží Závaží vyvažuje hmotnost celé kabiny, klece, jejího příslušenství a poloviny hmotnosti vlastního zatížení (Nákladu, osob). Je vedeno ve stejné, nebo v samostatné šachtě. [1]

1.5.5 Výtahová šachta Výtahová šachta je prostor vytyčující dráhu klece a protizávaží, může být částečně ohrazena (vybavena šachetními dveřmi), nebo úplně. Zástavba bývá zejména zděná, betonová, ocelová a dnes i prosklená. Ve stěnách šachty, jsou pevně ukotveny konzole, v nichž jsou uložený vodítka. [1]


11

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

(obr. 1.5.: Výtahové šachta, pohled zespodu dovnitř [4])

1.5.6 Zachycovače Jsou mechanická zařízení, upevněné na ocelové konstrukci klece, či protizávaží. Slouží k zachycení (zabrždění) uvolněné klece resp. závaží. Pokud se přetrhnou nosné orgány, nebo dojde k překročení limitní dopravní rychlosti směrem dolů. Tuto informaci získá zachycovač např. z omezovače rychlosti. [1]

(obr. 1.6.: Jednosměrný válečkový zachycovač [5])

1.5.7 Vodítka klece Ocelová vodítka slouží k vedení klece výtahu a závaží, mají za úkol zabránit kývání klece (vyvažovacího závaží). Musejí být tak dlouhá, aby je klec výtahu nikdy neopustila. Takto pevně je lze uložit pouze u ocelových konstrukcí šachty. Osobní výtah 640kg

12

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

U zděných a betonových šachet se používají pohyblivá vodítka, která se mohou posouvat ve vertikálním směru. [1]

(obr. 1.7.: Ocelové výtahové vodítko [6])

1.5.8 Ostatní bezpečnostní prvky Mezi tyto prvky spadají různé koncové vypínače, nárazníky, uzávěrky šachetních a kabinových dveří, závěsové spínače atd. [1]

1.5.9 Dnešní nejznámější výrobci výtahů Mezi vůbec nejznámější výrobce určitě patří firma Schindler, která na českém trhu prosperuje již přes 22 let. V České republice je pouze zastoupena, ovšem hlavní sídlo a společnost leží ve švýcarském Luzernu, kde ji roku 1874 založil pan Robert Schindler. Koncern Schindler má pobočky a zastoupení téměř na všech kontinentech, zaměstnává více než 54 000 pracovníků a tudíž určuje trend “celému světu”. Na českém trhu je číslem jedna a to nejen proto, že zřizuje dodávky výtahů a eskalátorů takzvaně na klíč, ale i v jejich následném servisu. [7] Výtahy od firmy Schindler jsou navrhovány tak, aby co nejpřesněji pasovaly do jakékoliv budovy. Jejich tažným koněm je výtah Schindler 2400, který je flexibilní, spolehlivý, vhodný pro intezivní přepravu osob v objektech různeho typu – hotely, nemocnice, kancelářské budovy, železniční stanice, nemocnice a v neposlední řadě obchodní centra. [7] Osobní výtah 640kg

13

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

(Obr. 1.8.: Kabina výtahu Schindler 2400 [7])

Tento výtah neni jen výkonný ale i velice inteligentní. Jeho součástí je systém cílového řízení PORT, který má za úkol zrychlit přepravu osob i nákladů. [7]

(Obr. 1.9.: Ovládací systém výtahu Schindler 2400 [7])

Dalším světovým výrobcem je firma OTIS, která se zabývá výrobou výtahů, eskalátorů, pohyblivých chodníků a dalších horizontálních dopravních systémů. V České republice jsou schopni dodávat kompletní řadu lanových a hydraulických výtahů a to ať osobních, nákladních, lůžkových, či jídelních, používaných pro střední, nízké, ale i vysoké budovy, obytné, průmyslové, administrativní nebo hotelové. Nabízejí standartní nebo luxusní provedení s různými rychlostmi pro všechny typy dopravy. Zákazník si může vybrat ze široké škály řídících systémů, vyhotovení kabn, Osobní výtah 640kg

14

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

uspořádání zařízení, nastupních stanic a to hned z několika povrchů a dokonce i panoramatických výtahů. [8] OTIS se asi nejvíce soustředí na novou generaci výtahů, která je odlišná od ostatních tím, že zprostředkovává výtahy pro použití do budov, ve kterých není možné a často i účelné zřizovat strojovny. Představují systém Gen2, který obsahuje pokroková řešení v této oblasti, vtomto oboru jsou poprvé nově použita i plochá lana se syntetickým povrchem, kvůli kterým bylo možno použít zcela nový systém výtahového stroje. Stroj je tak řešen jako kompaktní bezpřevodový s motorem s permanetními magnety a je umístěn v horní části šachty, šachta je tak přístupná ze střechy klece. Stroj má výrazně nižší energetickou spotřebu v porovnání s klasickými pohony. Na stroji není použita převodovka, tudíž není potřeba mazání olejem, což přispívá k ekologičnosti problému. [8]

(Obr. 2.0.: Nákres systému Gen2 od firmy OTIS [8]) Osobní výtah 640kg

15

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

2 Vlastní koncepční návrh V rámci této bakalářské práce je vypracován návrh konstrukčního řešení osobního výtahu s nosností 8 osob nebo 640 kg. Výtah má šachtu stavebnicové koncepce s variabilní dopravní výškou, umožňující instalaci v budově o 4 až 10 podlažích. Návrh obsahuje celkovou koncepci výtahu, lanového systému, pohonu výtahu a uspořádání šachty s klecí.

2.1 Hlavní údaje Jmenovitá nosnost výtahu:

𝑚𝑄 = 640 𝑘𝑔

Jmenovitá rychlost výtahu:

𝑣 = 1 𝑚. 𝑠 −1

Zdvih výtahu:

𝐻𝑄 = 30 𝑚

Hmotnost klece:

𝑚𝐾 = 770 𝑘𝑔

Lanový převod výtahu:

𝑖𝑘 = 1

Gravitační zrychlení:

𝑔𝑛 = 9,81 𝑚. 𝑠 −1

Modul pružnosti v tahu pro ocel:

𝐸 = 2,1. 105

Zrychlení/Zpomalení výtahu

𝑎 = 0,5𝑚. 𝑠 −1

Hmotnost protiváhy: 𝑚𝑍 = 0,45. 𝑚𝑄 + 𝑚𝐾 𝑚𝑍 = 0,45.640 + 770 𝑚𝑍 = 1058 𝑘𝑔

2.2 Volba a výpočet závěsných kabelů Firma Allkabel nabízí široké množství průmyslových závěsných kabelů. V tomto řešení byl zvolen výtahový plochý kabel H07VVH6-F s PVC izolací, pro menší až střední mechanické zatížení. Používá se v suchých, vlhkých a mokrých prostředí. Kabel je určen k připojení pohyblivých součástí obráběcích strojů, dopravníků a velkých strojů, pokud je vedení vystaveno pouze namáhání ohybem v rovině. [9]


16

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

(Obr. 2.1.: Plochý kabel s PVC izolací od firmy Allkabel [9])

Konstrukce:

1 – Holý, jemně laděný, měděný vodič 2 – Izolace žil z PVC, žíly uspořádány paralelně 3 – Vnější plášť z měkkého PVC, černý

(Tab.1.: Technické údaje plochého kabelu od firmy Allkabel [9])

(Tab.2.: Ploché závěsné kabely firmy allkabel [9])


17

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Počet závěsných kabelů:

𝑛𝑧𝑘 = 1

Hmotnost 1m závěsného kabelu udává Tab.1.: 𝑞𝑧𝑘 = 0,43𝑘𝑔. 𝑚−1 Hmotnost všech závěsných kabelů pro zadaná zdvih: 𝑚𝑍𝑘 = 𝑛𝑧𝑘 . 𝑞𝑧𝑘 (

𝐻𝑄 )+2 2

30 𝑚𝑍𝑘 = 3. 0,43 ( ) + 2 2 𝑚𝑍𝑘 = 21,35 𝑘𝑔 Hmotnost prázdné klece s závěsnými kabely 𝑚𝑝 = 𝑚𝐾 + 𝑚𝑧𝑘 𝑚𝑝 = 770 + 21,35 𝑚𝑝 = 791,35 𝑘𝑔

2.3 Lanový systém a nosná lana trakčního pohonu Nabízí se celá řada systémů a jejich použití závisí hlavně na místních podmínkách. Je třeba věnovat velkou pozornost volbě lanového systému, protože do značné míry ovlivňuje životnost lan. Strojovna pro toto řešení bude umístěna nad výtahovou šachtou.

(Obr. 2.2.: Značení lanového koutouče (vlevo) a vodící kladky (vpravo [1])

Pro výtah s nosností 640 kg je nejvýhodnější výtah s trakčním pohonem. Z důvodu úspory místa a požadavku na to, aby byla konstrukce co nejjednodušší, byl zvolen nejpoužívanější lanový systém s výtahovým strojem uloženým v horní poloze a jedním opásáním hnacího kotouče. [1]


18

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

(Obr. 2.3.: Schéma výtahu se strojem v horní poloze, jedním opásáním hnacího kotouče a lanovým převodem 𝑖𝑘 = 1 [1])

Pro toto zadání bylo zvoleno ocelové lano, šestipramenné SEAL – 6 x 19 = 114 drátů (ČSN 02 4340). Lano je vinuto způsobem souběžným, má vnější vrstvu drátů větších průměrů. Je celkově odolnější proti otěru, než lano STANDARD (ČSN 02 4322). Lano má sice menší ohebnost, ale za to velmi dobře snáší rázová zatížení, což je u výtahových zařízení vítáno. [10]

(Tab.3.: Ocelová lana typu SEAL od firmy Elis [10]) Osobní výtah 640kg

19

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Jmenovitý průměr lana:

𝑑 = 10𝑚𝑚

Jmenovitá pevnost drátů:

𝑁𝑗 = 1770 𝑀𝑝𝑎

Jmenovitá únosnost lana:

𝑁𝑗𝑚 = 71,58 𝑘𝑁

Hmotnost 1m lana:

𝑞𝑟 = 0,37 𝑘𝑔−1

Průměr trakčního kotouče:

𝐷ℎ = 500 𝑚𝑚

Počet lan:

𝑛𝑟 = 5

U výtahů s nosností vyšší, než 320 kg se doporučuje volit 4 a více nosných lan Na základě toho byl zvolen trakční kotouč o průměru 500mm. [1] [11] Zaručená únosnost lana: 𝑁𝑟 = 0,75 . 𝑁𝑗𝑚 𝑁𝑟 = 0,75 .71580 𝑁𝑟 = 53685 𝑁 Hmotnost lana pro zadaný zdvih: 𝑚𝑟 = 𝑛𝑟 . 𝑞𝑟 . 𝐻𝑄 𝑚𝑟 = 5 . 0,37 . 30 𝑚𝑟 = 55,5 kg

2.3.1 Bezpečnost nosných lan 𝑘𝑟𝑣 =

𝑘𝑟𝑣 =

𝑛𝑟 . 𝑁𝑟 (𝑚𝑄 + 𝑚𝐾 ). 𝑔𝑛 + 𝑚𝑟 . 𝑔𝑛 𝑖𝑘 5 .53685 (640. +770). 9,81 + 55,5.9,81 1

𝑘𝑟𝑣 = 14,64 Předepsaná bezpečnost pro trakční osobní výtahy s rychlostí 𝑣 = 1 𝑚. 𝑠 −1 je 𝑘𝑑 = 14 𝑘𝑟𝑣 ≥ 𝑘𝑑 14,64 ≥ 14 – VYHOVUJE Osobní výtah 640kg

20

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

2.3.2 Kontrola trakčního kotouče a průměru lana

(Obr. 2.4.: Klínová drážka lanového kotouče [1])

Poměr průměru trakčního kotouče a průměru lana: 𝐷ℎ > 45 𝑑 500 > 45 10 -

VYHOVUJE

2.3.3 Silové poměry na hnacím kotouči K – Hmotnost klece Q – Nosnost výtahu 𝑚𝑙 – Hmotnost jedné větve nosných lan 𝑖𝑘 − Lanový převod Z – Hmotnost vyvažovacího závaží 𝑚𝐿 − Hmotnost nosných lan vyvažovacím závažím 𝑚𝐿, − Hmotnost nosných lan nad klecí α - Úhel opásání trakčního kotouče


21

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

(Obr. 2.5.: Silové poměry na hnacím kotouči [1])

Odvozením vztahu mezi tahy v laně na straně nabíhající a sbíhající se dle obrázku 2.4 a pomocí jednoduchých matematických úprav dospělo k Eulerovu vztahu pro vláknové tření. [1] 𝑇1 = 𝑒 𝑓´𝛼 𝑇2 Kde při plném zatížení a dolní poloze klece, bude maximální statický tah v nosných lanech: [1] 𝐾+𝑄 770 + 640 𝑇1𝑚𝑎𝑥 = ( + 𝑚𝑙 ) . 𝑔 = ( + 55,5) . 9,81 = 14 376, 55 𝑖𝑘 1 𝑇2 =

𝑍. 𝑔 1058.9,81 = = 10 378,98 𝑖𝑘 1

Kontrola trakční schopnosti trakčního kotouče při nakládání ve spodní stanici, dle ČSN EN 81-1: [13] Součinitel smykového tření zjištěn podle velikosti úhlu v klínové drážce: [1] 𝑓´ = 0,216 𝑇1 ≤ 𝑒 𝑓´𝛼 𝑇2 14 376, 55 ≤ 𝑒 0,216.2,269 10 378,982 1,38 ≤ 1,63 Osobní výtah 640kg

- VYHOVUJE 22

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Z pravidla víme, že nejnepříznivější případ nastane při rozjíždění prázdné klece z horní polohy. Prázdna klec v nejvyšší stanici při rozjezdu směrem dolu, složky síly v lanech od protiváhy a setrvačných sil: 𝑇1 =

𝑍 . (𝑔 + 𝑎) + 𝑚𝐿 . (𝑔 + 𝑖𝑘 . 𝑎) 𝑖𝑘

𝑇2 =

𝑍 . (𝑔 − 𝑎) + 𝑚𝐿, . (𝑔 − 𝑖𝑘 . 𝑎) 𝑖𝑘

Hmotnost nosných lan na straně vyvažovacího závaží: 𝑚𝐿 = 𝑛𝑟 . 𝑞𝑟 . 𝐻𝐿 = 5 . 0,37 . 0 = 55,5 𝑘𝑔 Hmotnost nosných lan straně klece: 𝑚𝐿, = 𝑛𝑟 . 𝑞𝑟 . 𝐻𝑄 = 5 . 0,37 . 0 = 0 𝑘𝑔 Konečný Eulerův vztah má pak tvar: 𝑍 . (𝑔 + 𝑎) + 𝑖𝑘 . 𝑚𝐿 . (𝑔 + 𝑖𝑘 . 𝑎) ≤ 𝑒 𝑓´𝛼 𝐾 . (𝑔 − 𝑎) + 𝑖𝑘 . 𝑚𝐿, . (𝑔 − 𝑖𝑘 . 𝑎) 1058 . (9,81 + 0,5) + 1 . 55,5 . (9,81 + 1 . 0,5) ≤ 𝑒 0,216.2,269 770 . (9,81 − 0,5) + 1 . 0 . (9,81 − 1 . 0,5) 1,60 ≤ 1,63

- VYHOVUJE

Statická síla zatěžující hřídel: 𝐹ℎ𝑠 = √𝑇12 + 𝑇12 − 2. 𝑇1 𝑇2 . cos 𝛼 𝐹ℎ𝑠 = √14376,552 + 10378,982 − 2.14376,55.10378,98. cos 130° 𝐹ℎ𝑠 = 22499,64𝑁

2.4 Výtahový stroj a parametry pohonu Je určen k přenosu síly pomocí ocelových lan pro trakční výtah. Skládá se z převodovky – dvoudílné litinové skříně, ve které je umístěn šnekový převod s válcovým cementačně kaleným šnekem, uloženým ve dvou radiálních kluzných ložiscích a oboustranném axiálním ložisku. Pružná spojka umožňuje, pomocí Osobní výtah 640kg

23

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

pryžových unášečů, pružné a rozebíratelné spojení mezi hnacím trojfázovým asynchronním elektromotorem a převodovkou. Brzda je dvojčinná čelisťová, rozpěrací. [11] Výtahový stroj dodává přímo firma Wykov v kompletním sestavení, dle zvolených parametrů.

(Obr. 2.6.: Výtahový stroj S3 – 320 firmy Wykov[11])

Základní parametry zvoleného výtahového stroje: Typ výtahového stroje:

SB321.6 500/0,63

Převodový poměr:

𝑖𝑠 = 53

Lanový převod:

𝑖𝑘 = 1

Účinnost výtahu:

𝜂𝑐 = 0,55

Průměr hnacího kotouče:

𝐷ℎ = 500 𝑚𝑚

Úhel opásání trakčního kotouče:

α = 125°

Úhel klínové drážky:

γ = 35°

Otáčky elektromotoru:

𝑛𝑚 = 1460𝑚𝑖𝑛−1

(Více údajů viz. Příloha 1 (Uspořádání výtahového stroje)


24

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Skutečná dopravní rychlost: 𝑣𝑠 =

𝜋. 𝐷ℎ. 𝑛𝑚 𝑖𝑠

𝑣𝑠 =

𝜋. 0,500.1460 60.53

𝑣𝑠 = 0,721 𝑚. 𝑠 −1 Obvodová síla na trakčním kotouči: 𝐹𝑜 =

(𝑚𝑄 + 𝑚𝐾− 𝑚𝑧 ). 𝑔𝑛 + 𝑚𝑟 . 𝑔𝑛 𝑖𝑘

𝐹𝑜 =

(640 + 770 − 1058). 9,81 + 55,5. 9,81 1

𝐹𝑜 = 3997,57𝑁 Obvodová rychlost trakčního kotouče: 𝑣𝑜 = 𝑣𝑠 . 𝑖𝑘 𝑣𝑜 = 0,721 . 1 𝑣𝑜 = 0,721 𝑚. 𝑠 −1

2.4.1 Návrh elektromotoru Pokud by byla potřeba v průběhu provozu vyměnit elektromotor, který k původnímu výtahovému stroji dodává firma Wykov, tak zde proběhl výpočet, podle kterého se případně elektromotor má zvolit. Výkon potřebný k volbě elektromotoru: 𝑃𝑚 =

𝐹𝑜 . 𝑣𝑜 𝜂𝑐

𝑃𝑚 =

3997,57.0,721 0,55

𝑃𝑚 = 5240,45 𝑊 Volím elektromotor SIEMENS 1LE1001-1CB03-4xxx (5,5kW) [12] Osobní výtah 640kg

25

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Osová výška:

132 𝑚𝑚

Výkon:

5,5 𝑘𝑊

Otáčky:

1465𝑚𝑚 −1

Osová výška:

132 𝑚𝑚

(Obr. 2.7.: Elektromotor značky Siemens, model 1LE1001-1CB03 [12])

2.4.2 Měrný tlak v drážce trakčního kotouče Síla v lanech při plném zatížení klece ve spodní stanic dle STN EN 81-1: [13] 𝐾+𝑄 𝑇= ( + 𝑚𝑙 ) . 𝑔𝑛 𝑖𝑘 770 + 640 𝑇= ( + 55,5) . 9,81 1 𝑇 = 14 376,55𝑁 Maximální měrný tlak: 𝑃𝑚𝑎𝑥 =

𝑃𝑚𝑎𝑥 =

3. 𝜋. 𝑇

γ 2. 𝐷ℎ . 𝑑. 𝑠𝑖𝑛 2 3. 𝜋. 14376,55 35 2.500.10. 𝑠𝑖𝑛 2

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 14,98 𝑀𝑝𝑎 Osobní výtah 640kg

26

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Maximální dovolený tlak: 4. 𝑣 22,5 + 1 𝑃𝑑 = 𝑣 1+1 4.0,721 22,5 + 1 𝑃𝑑 = 0,721 1+ 1 𝑃𝑑 = 15,43𝑀𝑝𝑎 𝑃𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝑃𝑑

- VYHOVUJE

2.5 Návrh výtahové klece a kabiny Konstrukce klece potažmo kabiny by měla být jednoduchá, ale měla by splňovat veškeré požadavky na bezpečnost dle STN EN 81-1. [13]

2.5.1 Výtahová klec Aby se zabránilo přetížení klece osobami, musí být velikost plochy omezena ve vztahu k nosnosti. [14] Z důvodů viz. kapitola 2.5.2 byly zvoleny rozměry podlahy klece: Š x H – 1100 x 1400 mm, které uvádí tabulka firmy Výmyslický - Výtahy [14]

(Tab.4.: Požadavky na nosnost a plochu klece podle firmy Výmyslický – výtahy s.r.o. [14]) Osobní výtah 640kg

27

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Takový rám klece je schopna vyrobit firma Delta CVS, který je veden v kluzných vodících čelistech. Tyto čelisti firma také přímo dodá. Jednostranně vedené rámy jsou osazeny v horní i dolní části valivým vedením, které přenáší působení axiálních sil na vodítka. Vše je splněno dle požadavků ČSN EN 81-1. [5]

(Obr. 2.8.: Rám kabiny výtahu od firmy Delta CVS. [5])

(Obr. 2.9.: Nosná konstrukce výtahu) Osobní výtah 640kg

28

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

2.5.2 Výtahová kabina Kabina má přepravit 8 osob, aby každá osoba měla svůj dostatečný prostor potřebný k cestě a nebyl narušen její komfort. Zároveň by kabina měla mít, co nejjednodušší konstrukci na výrobu. [14] Kabina, která splňuje tyto požadavky, podle stavebního katalogu typových výtahů firmy Výmyslický – Výtahy, dle nosnosti 640 kg – 8 osob, má maximální užitečnou plochu 1,6𝑚2, minimální užitečnou plochu 1,45𝑚2, Takovou kabinu je na zakázku snadno schopna vytvořit, přizpůsobit nejrůznějším představám a požadavkům a to i včetně nejrůznějších doplňků či vybavení, firma Delta CVS. Pro toto zadání byla zvolena kabina GAMA. [5]

(Obr. 3.0.: Kabina typu GAMA, od firmy Delta CVS [5]) Osobní výtah 640kg

29

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

2.6 Výtahová šachta Stavebnicovou koncepci výtahové šachty s variabilní dopravní výškou, pro lanový trakční výtah se závažím vedle klece, se strojovnou nad šachtou je schopna zajistit také firma Výmyslický – výtahy s.r.o. [14] Všeobecné požadavky na šachtu a strojovnu: [14]

(Obr. 3.1.: Výtahová šachta od firmy Výmyslický – výtahy s.r.o. [14])

1. Osvětlení šachty, nad dveřmi a v prohlubni min. 50 lx 2. Přirozené nebo umělé osvětlení nástupiště – na podlaze min. 50 lx 3. Osvětlení strojovny – na podlaze min. 200 lx 4. Vypínač osvětlení šachty, zásuvka 230V, vypínač STOP – dosažitelné z prohlubně a šachetních dvěří


30

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

5. Hlavní vypínač s pojistkami, vypínač osvětlení strojovny, klece a šachty, zásuvka 230V přívod bez proudového chrániče 6. Montážní poklop s ohrazením při otevření, nosnost podlahy 2000N 7. Montážní nosník 8. Větrání šachty, větrání strojovny – min. 1% z půdorysu šachty, teplota +5°C až 40°C, příp. vytápění 9. Přístup na podestu, rozdíl nad 350mm – schody, nad 500mm též odnímatelné zábradlí 10. Telefonní linka pro dorozumívací zařízení 11. Podlaha strojovny – protiskluzový a protiprašný povrch 12. Vstupní dveře – ocelové, uzamykatelné, zevnitř otevírané klikou, zvenku klíčkem 13. Zednické práce – zazdění dvěří po jejich usazení 14. Zvuková izolace – hlučnosti stroje cca 75 dB 15. Hasící přístroj ve strojovně – práškový 10 kg [14]

3 Závěr Cílem této práce bylo navrhnout koncepční návrh výtahu s nosností 640 kg, nebo 8 osob, se šachtou stavebnicové koncepce s variabilní dopravní výškou. Při návrhu výtahu byl brán především zřetel na jednoduchou volbu všech komponent u zmiňovaných výrobců, či firem. Téměř všechny součásti a komponenty se dají jednoduše vybrat, popř navrhnout přímo u výrobce, či firmy, která je přímo dodá. Dále byl brán ohled hlavně na pohodlí cestujicích, aby dopravní rychlost nebyla příliš vysoká a zrychlení tak nepříjemné, což zajistí plynulý pohyb trakčního pohonu s výtahovým strojem v horní poloze a zvoleným jedním opásáním trakční kladky Dostatečně velká kabina také přispívá k pohodlnému používání cestujících.


31

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Seznam použité literatury a zdrojů [1] JANOVSKÝ, Lubomír; DOLEŽAL, Josef. Výtahy a eskalátory. Vyd.1. Praha : SNTL, 1980. 696 s. [2] JANOVSKÝ, Lubomír. Systémy a strojní zařízení pro vertikální přepravu. Vyd. 1. Praha : Ediční středisko ČVUT v Praze, 1991. 139 s. ISBN 80-01-00493-7. [2] PUŠKÁŠ, Henrik; KUL'KA, Josef. Výťahy - vývoj, súčasnost a trendy. Zdvihací zařízení v teorii a praxi [online]. 2006, č. 2, [cit. 2010-12-20]. Dostupný z WWW: http://www.id.vsb.cz/zdvihacizarizeni/zz-2006-2.pdf . ISSN 1802-2812. [3] Výtahy Plzeň Elex, s.r.o.. [online]. [cit 2015-06-11] Dostupné z: http://www.vytahyelex.cz/commonimages/fotogalerie/bezStrojovnyvytahy02.jpg [4] Výtahy Kvadro s.r.o..[online]. [cit. 2015-06-11]. Dostupne z: http://www.vytahykvadro.cz/vytahove_klece.html [5] Delta CVS Výtahy a Kovovýroba s.r.o..[online]. [cit. 2015-06-11]. Dostupne z: http://www.deltacvs.cz/vytahove-komponenty/ramy-kabin.html [6]..Frontier-Components – Výtahová vodítka [online]. [cit. 2015-06-11]. Dostupne z: http://www.frontier-components.com/categories/view/vytahova-voditka [7] Schindler a.s..[online]. [cit. 2015-06-11]. Dostupné z: http://www.schindler.com/cz/internet/cs/home.html [8] Otis a.s..[online]. [cit. 2015-06-11]. Dostupné z: http://www.otis.com/site/cz/pages/Gen2Elevator.aspx [9] Allkabel – Kabelové centrum [online]. [cit. 2015-06-19]. Dostupné z: http://www.allkabel.eu/pryzove-jerabove-vytahove-stavebni-kabely-h07vvh6-f/ [10] Elis – Ocelová lana, vázací prostředky [online]. [cit. 2015-06-19]. Dostupné z: http://www.ocelovalana.cz/cz/produkt/ocelove-lano-sestipramenne-seal-6-19-114dratu/ [11] Wykov – Výtahové stroje [online]. [cit. 2015-06-19]. Dostupné z: Osobní výtah 640kg

32

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

http://www.wykov.cz/images/stroje_s3_s4_letak_2012.pdf [12] Elektromotory Berg – Prodej a servis [online]. [cit. 2015-06-19]. Dostupné z: http://www.elektromotory-siemens.cz/obchod/elektromotory-1500ot-minie2/elektromotor-siemens-1le1001-1cb03-4xxx-5-5kw.html [13] Slovenská technická norma STN EN 81-1+A3 [online]. [cit. 2015-06-19]. Dostupné z: https://www.sutn.sk/eshop/public/standard_detail.aspx?id=110445 [14] Vymyslický – výtahy s.r.o. [online]. [cit. 2015-06-29]. Dostupné z: http://www.vymyslicky.cz/files/1253434057-stavebni-katalog-typovych-vytahu.pdf


33

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Seznam použitých symbolů a zkratek

𝑎 𝑑 𝑒 𝑓´ 𝑔 𝑣 𝐷ℎ 𝐹ℎ𝑠 𝐹𝑜 𝐻𝐿 𝐻𝑄 𝑁𝑗 𝑁𝑗𝑚 𝑁𝑟 𝑃𝑑 𝑃𝑚 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑇1𝑚𝑎𝑥 𝑔𝑛 𝑖𝑘 𝑖𝑠 𝑘𝑑 𝑘𝑟𝑣 𝑚𝐾 𝑚𝐿, 𝑚𝐿 𝑚𝑄 𝑚𝑍 𝑚𝑍𝑘 Osobní výtah 640kg

34

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

𝑚𝑙 𝑚𝑝 𝑚𝑟 𝑛𝑚 𝑛𝑟 𝑛𝑧𝑘 𝑞𝑟 𝑞𝑧𝑘 𝑣𝑜 𝑣𝑠 𝜂𝑐 α γ 𝐸 𝐾 𝑄 𝑇1 𝑇2 𝑍


35

ČVUT v Praze


Fakulta strojní

a částí strojů

Seznam příloh


36

Prohlášení. Drtina Marek. V Praze Osobní výtah 640kg 1

Recommend Documents